JP2007215513A - Gene associated with stress resistance - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new gene taking part in an active oxygen-removing system in a cell; and to provide a recombinant plant having active oxygen stress-resistance imparted by introducing the new gene into the plant. <P>SOLUTION: A DNA encoding a protein newly isolated from tobacco and having a specific amino acid sequence, a DNA having a specified base sequence or analogues of these DNAs are used as the gene taking part in the active oxygen-removing system in the cell. The genes are introduced into the chromosomal DNA of the plant. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ストレス耐性に関与する遺伝子、特に、活性酸素ストレス耐性に関与し、過酸化物、重金属塩、高塩濃度、乾燥等の各種環境ストレスに対する耐性を植物に付与することができる遺伝子に関する。   The present invention relates to genes involved in stress tolerance, particularly genes that are involved in active oxygen stress tolerance and can confer resistance to various environmental stresses such as peroxides, heavy metal salts, high salt concentrations, and drying. .

植物を始めとする生物は、重金属、高塩濃度、乾燥等の環境ストレスを受けると、タンパク質、脂質、核酸などの高分子物質にダメージを与える活性酸素の生成が、その細胞内で増大する(非特許文献1)。こうした活性酸素の増大によって引き起こされる、細胞内の様々な反応は活性酸素ストレスと呼ばれ、生物の細胞は、活性酸素除去系を備えることで、これに対抗しており、これまでに、この活性酸素除去系に働く種々の酵素、及び、これらの酵素をコードする遺伝子が報告されている。   When living organisms such as plants are subjected to environmental stresses such as heavy metals, high salt concentrations, and drying, the production of active oxygen that damages macromolecular substances such as proteins, lipids, and nucleic acids increases in the cells ( Non-patent document 1). Various intracellular reactions caused by the increase of active oxygen are called active oxygen stress, and the cells of organisms have countered this by providing an active oxygen removal system. Various enzymes that work in the oxygen scavenging system and genes encoding these enzymes have been reported.

中でも、酵母(Saccharomyces cerevisiae、以下、単に酵母と記載する。)から、AP‐1転写因子と類似のDNA結合活性を持つ転写因子として分離されたYAP1遺伝子は、上記活性酸素除去系において、中心的な役割を果たしていることが知られており、例えば、チオレドキシン遺伝子(TRX2)やγ‐グルタミルシステイン合成酵素遺伝子(GSH1)など、活性酸素除去系に関連すると考えられる20種類以上の遺伝子が、YAP1遺伝子により制御されていることが判明している(非特許文献2)。 Among them, the YAP1 gene isolated as a transcription factor having a DNA binding activity similar to that of AP-1 transcription factor from yeast ( Saccharomyces cerevisiae , hereinafter simply referred to as yeast) is a central component in the reactive oxygen removal system. More than 20 genes considered to be related to the active oxygen removal system, such as thioredoxin gene (TRX2) and γ-glutamylcysteine synthetase gene (GSH1), are known to be YAP1 gene. (Non-Patent Document 2).

従って、YAP1遺伝子を破壊した酵母は、過酸化水素等の過酸化物、ジアミド等の還元型グルタチオン酸化剤、及び/又は、ジエチルマレイン酸等の親電子性物質など、活性酸素ストレスの誘引物質に感受性となる一方、正常な酵母では、これらの物質の存在下において、この遺伝子の発現量の上昇が観察される。また、シロイヌナズナのcDNAライブラリーを酵母用発現ベクターに挿入して、YAP1遺伝子を破壊した酵母細胞に導入し、チオール酸化剤ジアミド耐性を指標としてスクリーニングした結果、得られた耐性株より、NADPHオキシドレダクターゼが分離されたとの報告もされている(非特許文献3)。   Therefore, yeast that has disrupted the YAP1 gene can be used as an active oxygen stress inducer, such as peroxides such as hydrogen peroxide, reduced glutathionates such as diamide, and / or electrophilic substances such as diethylmaleic acid. On the other hand, in normal yeast, an increase in the expression level of this gene is observed in the presence of these substances. In addition, a cDNA library of Arabidopsis thaliana was inserted into an expression vector for yeast, introduced into yeast cells in which the YAP1 gene was disrupted, and screened using thiol oxidant diamide resistance as an index. From the resulting resistant strain, NADPH oxidoreductase Has also been reported (Non-patent Document 3).

さらに、YAP1遺伝子の相同遺伝子としてYAP2遺伝子も分離されており、YAP1遺伝子及びYAP2遺伝子の両方を破壊した株(二重破壊株)は、過酸化水素や重金属に対して高い感受性を示すことも明らかになっている(非特許文献4)。   Furthermore, the YAP2 gene is also isolated as a homologous gene of the YAP1 gene, and it is clear that a strain in which both the YAP1 gene and the YAP2 gene are disrupted (double disruption strain) is highly sensitive to hydrogen peroxide and heavy metals. (Non-Patent Document 4).

こうした知見の蓄積に伴い、近年では、上記活性酸素除去系に関与する遺伝子を植物に導入し、活性酸素ストレス耐性を備えた植物を作出することも試みられ、例えば、高等植物において活性酸素除去系に働く酵素であるグアイアコールペルオキシダーゼ(GPX)の遺伝子を導入されたハイブリッドアスペンが、活性酸素ストレス耐性を獲得することで、除草剤パラコートに対し耐性を示す個体が得られたとの報告もされている(非特許文献5)
森田等、「蛋白質 核酸 酵素」、1999、vol.44、p.2232‐2238 リー等(Lee et al.)、「生物化学誌(Journal of Biological Chemistry)」、(米国)、1999、vol.274、p.16040‐16046 ベビチュック等(Babiychuk et al.)、「生物化学誌(Journal of Biological Chemistry)」、(米国)、1995、vol.270、p.26224‐26231 ヒラタ等(Hirata et al.)、「分子及び一般遺伝学(Molecular and General Genetics)」、(ドイツ)、1994、vol.242、p.250−256 河岡等、「植物生理学(Plant Physiol.)」、(米国)、2003、vol.132、p.1177‐1185
With the accumulation of such knowledge, in recent years, it has been attempted to introduce a gene involved in the above-mentioned active oxygen removal system into a plant to create a plant having resistance to active oxygen stress. For example, an active oxygen removal system in higher plants. It has also been reported that hybrid aspen introduced with a gene for guaiacol peroxidase (GPX), which is an enzyme that acts on the plant, has acquired resistance to active oxygen stress, thereby obtaining individuals exhibiting resistance to the herbicide paraquat ( Non-patent document 5)
Morita et al., "Protein Nucleic Acid Enzyme", 1999, vol.44, p.2322-2238 Lee et al., “Journal of Biological Chemistry” (USA), 1999, vol. 274, p. 16040-16046. Babiychuk et al., “Journal of Biological Chemistry”, (USA), 1995, vol.270, p.26224-26231 Hirata et al., “Molecular and General Genetics”, (Germany), 1994, vol. 242, pages 250-256. Kawaoka et al., “Plant Physiol.” (USA), 2003, vol. 132, p. 1177-1185

本発明は、細胞内の活性酸素除去系に関与する新規な遺伝子を単離すること、また、単離されたこの遺伝子を植物に導入し、活性酸素ストレス耐性を付与した組換え植物を新たに作出することを目的として行われた。   The present invention isolates a novel gene involved in the intracellular reactive oxygen scavenging system, and newly introduces a recombinant plant imparted with resistance to active oxygen stress by introducing the isolated gene into a plant. It was done for the purpose of creating.

本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究を行い、YAP1遺伝子及びYAP2遺伝子の双方を破壊した二重遺伝子破壊株の過酸化物及び重金属に対する耐性を回復させる新規な遺伝子CDR1及びCDR2を、タバコ(Nicotiana tabacum)から単離することに成功し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive research and found novel genes CDR1 and CDR2 that restore the resistance to peroxide and heavy metal of a double gene disrupted strain in which both YAP1 gene and YAP2 gene are disrupted. The present invention was completed by succeeding in isolation from tobacco ( Nicotiana tabacum ).

すなわち、本発明は、配列番号2もしくは配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、又は、これらのアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、かつ、宿主細胞の染色体DNAに導入された場合に、該宿主細胞に過酸化水素耐性を付与するDNAに関する。また、本発明は、配列番号1もしくは配列番号3に示す塩基配列を有するDNA、又は、これらの塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、宿主細胞の染色体DNAに導入された場合に、該宿主細胞に過酸化水素耐性を付与するDNAに関する。さらに、本発明は、上記DNAを有する遺伝子導入用ベクター、上記DNAが染色体DNAに導入された形質転換細胞、この形質転換細胞が増殖及び分化することにより得られる形質転換植物個体、及び、上記DNAによりコードされるタンパク質に関する。   That is, the present invention provides DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, or at least one amino acid is deleted, substituted, and / or added to these amino acid sequences. The present invention relates to a DNA that encodes a protein having an amino acid sequence and imparts hydrogen peroxide resistance to the host cell when introduced into the chromosomal DNA of the host cell. The present invention also relates to DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, or when hybridizing with these base sequences under stringent conditions and introduced into the chromosomal DNA of the host cell. And a DNA that imparts hydrogen peroxide resistance to the host cell. Furthermore, the present invention relates to a gene introduction vector having the above DNA, a transformed cell in which the DNA is introduced into chromosomal DNA, a transformed plant individual obtained by the growth and differentiation of the transformed cell, and the DNA Relates to the protein encoded by.

本発明によれば、細胞内の活性酸素除去系に関与する新規な遺伝子CDR(Nicotiana tabacum cadmium-resistant)1及びCDR2が提供される。このCDR1遺伝子又はCDR2遺伝子を細胞の染色体DNAに導入することで、活性酸素ストレス耐性を備え、過酸化物、重金属塩、高塩濃度、乾燥等の各種環境ストレスに対する耐性を示す形質転換細胞、及び/又は、形質転換個体を得ることができる。加えて、このCDR1遺伝子及び/又はの構造や機能を更に解析することで、細胞内における活性酸素除去系の機構について、有用な情報を得ることができる。   According to the present invention, novel genes CDR (Nicotiana tabacum cadmium-resistant) 1 and CDR2 involved in the intracellular reactive oxygen elimination system are provided. By introducing this CDR1 gene or CDR2 gene into the chromosomal DNA of the cell, a transformed cell having resistance to active oxygen stress and exhibiting resistance to various environmental stresses such as peroxide, heavy metal salt, high salt concentration, and drying, and / Or transformed individuals can be obtained. In addition, by further analyzing the structure and function of the CDR1 gene and / or useful information about the mechanism of the active oxygen removal system in the cell can be obtained.

また、本発明によれば、上記CDR1遺伝子又はCDR2遺伝子を有するベクターが提供される。このベクターを細胞内に導入することで、活性酸素除去系に関与する新規な遺伝子が細胞の染色体DNAに導入され、活性酸素ストレス耐性を備え、過酸化物、重金属塩、高塩濃度、乾燥等の各種環境ストレスに対する耐性を示す形質転換細胞、及び/又は、形質転換個体を得ることができる。   The present invention also provides a vector having the CDR1 gene or CDR2 gene. By introducing this vector into the cell, a novel gene involved in the active oxygen removal system is introduced into the chromosomal DNA of the cell, and has resistance to active oxygen stress, peroxide, heavy metal salt, high salt concentration, drying, etc. Transformed cells showing resistance to various environmental stresses and / or transformed individuals can be obtained.

また、本発明によれば、上記CDR1遺伝子又はCDR2遺伝子が、その染色体DNA中に導入された形質転換細胞が提供される。この形質転換細胞を増殖させ、分化させることで、活性酸素ストレス耐性を備え、過酸化物、重金属塩、高塩濃度、乾燥等の各種環境ストレスに対する耐性を示す形質転換個体を得ることができる。   According to the present invention, there is also provided a transformed cell in which the CDR1 gene or CDR2 gene is introduced into its chromosomal DNA. By growing and differentiating the transformed cells, a transformed individual having resistance to active oxygen stress and resistance to various environmental stresses such as peroxide, heavy metal salt, high salt concentration, and drying can be obtained.

また、本発明によれば、上記形質転換細胞が増殖及び分化することにより得られる、形質転換植物個体が提供される。従って、活性酸素除去系に関与する新規な遺伝子が細胞の染色体DNAに導入され、活性酸素ストレス耐性を備え、過酸化物、重金属塩、高塩濃度、乾燥等の各種環境ストレスに対する耐性を示す形質転換植物個体を得ることができる。かかる形質転換植物は、塩類集積土壌や乾燥地など、従来、植物の生育が困難とされていた環境下でも生育するので、荒地や砂漠の拡大防止、これらの土地の緑化や植林、さらには地球温暖化の防止に大きな役割を果たすことができる。   Moreover, according to this invention, the transformed plant individual obtained by the said transformed cell growing and differentiating is provided. Therefore, a novel gene involved in the active oxygen removal system has been introduced into the chromosomal DNA of the cell, and it has resistance to active oxygen stress, and exhibits resistance to various environmental stresses such as peroxide, heavy metal salt, high salt concentration, and drying. Convertible plant individuals can be obtained. Such transformed plants grow in environments that have traditionally been difficult to grow, such as salt-enriched soils and dry land, preventing the expansion of wasteland and deserts, greening and afforestation of these land, and even the earth. It can play a big role in preventing global warming.

また、本発明によれば、上記CDR1遺伝子又はCDR2遺伝子によりコードされるタンパク質が提供される。このタンパク質を細胞内で機能させることにより、その細胞及びその細胞が増殖・分化して生じる個体に、活性酸素ストレス耐性を付与し、ひいては、過酸化物、重金属塩、高塩濃度、乾燥等の各種環境ストレスに対する耐性を付与することができる。加えて、このタンパク質の構造や機能を更に解析することで、細胞内における活性酸素除去系の機構について、有用な情報を得ることができる。   In addition, according to the present invention, a protein encoded by the CDR1 gene or CDR2 gene is provided. By allowing this protein to function in the cell, the active oxygen stress resistance is imparted to the cell and the individual produced by the proliferation and differentiation of the cell, and as a result, peroxide, heavy metal salt, high salt concentration, dryness, etc. Resistance to various environmental stresses can be imparted. In addition, by further analyzing the structure and function of this protein, useful information can be obtained about the mechanism of the active oxygen removal system in the cell.

以下に、本発明を詳細に説明する。   The present invention is described in detail below.

本発明に係るDNAは、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする。上記活性酸素除去系に関与する新規な遺伝子CDR1は、この配列番号2に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAからなり、一方、遺伝子CDR2は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAからなっている。かかるDNAは、植物等の細胞より、DNAとして単離しても、RNAとして単離した後、このRNAからcDNAを逆転写して得てもよい。RNAとして単離する場合は、予め過酸化水素等の活性酸素ストレスに暴露した細胞を材料として用いてもよい。もっとも、上記DNAは、化学合成して得ることもできる。細胞からのDNAやRNAの単離方法、及び、DNAの化学合成法としては、当業者に公知の方法を使用することができる。   The DNA according to the present invention encodes a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. The novel gene CDR1 involved in the active oxygen scavenging system is composed of DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, while the gene CDR2 encodes a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4. It consists of DNA. Such DNA may be isolated as DNA from cells such as plants, or may be obtained by reverse transcription of cDNA from RNA after isolation as RNA. When isolated as RNA, cells previously exposed to active oxygen stress such as hydrogen peroxide may be used as the material. However, the DNA can also be obtained by chemical synthesis. Methods known to those skilled in the art can be used as methods for isolating DNA and RNA from cells and methods for chemically synthesizing DNA.

例えば、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAを、タバコ細胞よりRNAとして単離した後、このRNAからcDNAを逆転写して得るには、まず、タバコ全草、又は、タバコの葉、茎、根、花やカルス等の組織もしくはその一部を、液体窒素で凍結した後、乳鉢などで摩砕して、この摩砕物より、酸グアニジンフェノールクロロホルム法、グアニジンチオシナネート‐塩化セシウム法、グリオキザール法、塩化リチウム‐尿素法、プロテイナーゼK‐デオキシリボヌクレアーゼ法等を用いて粗RNA画分を抽出し、得られた粗RNA画分を、オリゴdT‐セルロースやセファロース2Bを担体とするポリU‐セファロース等を用いたアフィニティーカラム法又はバッチ法にて精製し、mRNA(ポリA+mRNA)を得る。このmRNAは、更に、ショ糖密度勾配遠心法等を行って分画してもよい。   For example, in order to obtain a DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 as RNA from tobacco cells and then reverse transcribe cDNA from the RNA, first, whole tobacco, Or, a tissue such as tobacco leaves, stems, roots, flowers and callus or a part thereof is frozen in liquid nitrogen, and then ground in a mortar, and then from this ground product, acid guanidine phenol chloroform method, guanidine thiol The crude RNA fraction was extracted using the cinnanate-cesium chloride method, glyoxal method, lithium chloride-urea method, proteinase K-deoxyribonuclease method, etc., and the obtained crude RNA fraction was extracted with oligo dT-cellulose or Sepharose 2B. Purified by affinity column method or batch method using poly-U-Sepharose etc. Obtaining a (poly A + mRNA). This mRNA may be further fractionated by sucrose density gradient centrifugation or the like.

次いで、上記のようにして得られた精製mRNAから、例えば、Hoffman法等を用い、cDNAを逆転写する。具体的には、市販のキット(例えば、ZAP-cDNA Synthesis KitやHybriZAP 2.1 XR Vector Cloning Kit(いずれもStratagene社製)等)を利用し、上記精製mRNAに、オリゴdTをプライマーとして付加した上で、逆転写酵素を作用させてDNA−RNAハイブリッドを形成させた後、RNA鎖をRNaseHにより分解してから、DNAポリメラーゼIを作用させることにより、上記精製mRNAが逆転写された二本鎖cDNAを得ることができる。   Next, cDNA is reverse-transcribed from the purified mRNA obtained as described above using, for example, the Hoffman method. Specifically, after using a commercially available kit (for example, ZAP-cDNA Synthesis Kit or HybriZAP 2.1 XR Vector Cloning Kit (both manufactured by Stratagene)), oligo dT is added to the purified mRNA as a primer. After the reverse transcriptase is allowed to act to form a DNA-RNA hybrid, the RNA strand is degraded with RNase H, and then the DNA polymerase I is allowed to act so that the double-stranded cDNA in which the purified mRNA is reverse transcribed is obtained. Obtainable.

配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAは、上記二本鎖cDNAの両端に、EcoRI‐NotI‐BamHIアダプター等のアダプターを適宜付加した後、例えばHybriZAP 2.1 XRベクター(Stratagene社製)等のクローニングベクターに連結してファージ粒子にパッケージングし、cDNAライブラリーを作製して、このライブラリー化されたcDNAに対し、YAP遺伝子を破壊した酵母を宿主とする相補試験を行うことにより、スクリーニングして得ることができる。   DNA encoding the protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 is prepared by appropriately adding an adapter such as EcoRI-NotI-BamHI adapter to both ends of the double-stranded cDNA, and then, for example, a HybriZAP 2.1 XR vector ( Stratagene, etc.) and linked to a cloning vector and packaged into phage particles. A cDNA library is prepared, and the complementation test using the yeast in which the YAP gene has been disrupted as a host is performed on the libraryed cDNA. It can be obtained by screening.

すなわち、上記ライブラリー化されたcDNAを、酵母にて自律複製可能で、かつ、有効な転写活性化ドメイン(例えば、GAL4活性化ドメイン等)を有するプラスミド、例えば、pAD-GAL4プラスミドの該転写活性化ドメインの下流に連結した上で、これをYAP1遺伝子及び/又はYAP2遺伝子を破壊した酵母に、酢酸リチウム法、プロトプラスト法、エレクトロポレーション法、エレクトロインジェクション法等を用いて導入し、導入処理後の酵母を、4mM過酸化水素又は150μMカドミウムイオンを含む培地で培養する。YAP1遺伝子及び/又はYAP2遺伝子を破壊した酵母は、上記濃度の過酸化水素やカドミウムイオンを含む培地では生育が阻害されるので、かかる培地にて正常な生育を示す株には、導入されたcDNAによって、破壊されたYAP1遺伝子及び/又はYAP2遺伝子の働きが補完され、過酸化水素やカドミウムイオンの存在により引き起こされる活性酸素ストレスに対抗するための、活性酸素除去系が回復したものと考えられる。従って、このような株を選抜して、導入したcDNAを回収すれば、細胞内の活性酸素除去系に関与する遺伝子CDR1又はCDR2、即ち、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNAを得ることができる。   That is, the transcriptional activity of a plasmid, such as the pAD-GAL4 plasmid, which is capable of autonomous replication of the libraryed cDNA in yeast and has an effective transcription activation domain (for example, GAL4 activation domain). After linking to the downstream of the activation domain, this is introduced into the yeast in which the YAP1 gene and / or YAP2 gene has been disrupted using the lithium acetate method, protoplast method, electroporation method, electroinjection method, etc. Are cultured in a medium containing 4 mM hydrogen peroxide or 150 μM cadmium ions. YAP1 gene and / or YAP2 gene disrupted yeast is inhibited from growing in a medium containing hydrogen peroxide or cadmium ions at the above concentrations. Thus, it is considered that the function of the disrupted YAP1 gene and / or YAP2 gene is complemented, and the active oxygen removal system to counter active oxygen stress caused by the presence of hydrogen peroxide and cadmium ions is restored. Therefore, if such a strain is selected and the introduced cDNA is recovered, the gene CDR1 or CDR2 involved in the intracellular reactive oxygen elimination system, that is, a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 Can be obtained.

なお、上記スクリーニングに用いる酵母としては、YAP1遺伝子及びYAP2遺伝子の両者を破壊した株を用いるのが好ましい。YAP1遺伝子又はYAP2遺伝子のどちらか一方のみを破壊した株では、過酸化水素やカドミウム添加培地で培養した場合でも、これらの遺伝子を両方とも保持している正常な株との間に、十分な生育の差を検出することが難しいからである(Hirata等、Mol.Gen.Genet.、Vol242、p.250−256、1994)。YAP1遺伝子及び/又はYAP2遺伝子を破壊した酵母は、予め、HIS3遺伝子、URA3遺伝子、LEU2遺伝子又はTRP1遺伝子等が挿入され、その機能が破壊されたYAP1構造遺伝子及び/又はYAP2構造遺伝子を、正常な酵母の染色体DNA中のYAP1構造遺伝子及び/又はYAP2構造遺伝子と、相同的組換え等を利用して置き換えることにより得ることができる。   In addition, it is preferable to use the strain which destroyed both YAP1 gene and YAP2 gene as yeast used for the said screening. In a strain in which only one of the YAP1 gene or the YAP2 gene is disrupted, sufficient growth can be achieved between normal strains that retain both of these genes even when cultured in a medium supplemented with hydrogen peroxide or cadmium. Is difficult to detect (Hirata et al., Mol. Gen. Genet., Vol. 242, p. 250-256, 1994). The yeast in which the YAP1 gene and / or the YAP2 gene is disrupted is preliminarily inserted into the normal YAP1 structural gene and / or YAP2 structural gene into which the HIS3 gene, URA3 gene, LEU2 gene, TRP1 gene or the like has been inserted and whose function has been disrupted It can be obtained by replacing the YAP1 structural gene and / or YAP2 structural gene in the chromosomal DNA of yeast using homologous recombination or the like.

上記スクリーニングの結果回収されたcDNAの塩基配列の確認は、このcDNAを制限酵素で切断し、適当なプラスミドに再連結してサブクローニングした後、マキサム‐ギルバートの化学修飾法やジデオキシヌクレオチド鎖終結法(F.Sanger等、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、vol.74、P.5463-5469、1977)等の手法により、市販の自動塩基配列決定機(例えばBECKMAN社製CEQ2000 DNAシークエンサー等)も適宜利用して行うことができる。   Confirmation of the base sequence of the cDNA recovered as a result of the above screening is performed by cleaving this cDNA with a restriction enzyme, religating it to an appropriate plasmid, subcloning, and then subjecting it to a Maxam-Gilbert chemical modification method or a dideoxynucleotide chain termination method ( F. Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol. 74, P. 5463-5469, 1977) etc., and a commercially available automatic base sequencer (for example, CEQ2000 DNA sequencer manufactured by BECKMAN) It can be performed appropriately.

配列番号1又は配列番号3に示すDNAの塩基配列は、以上のようにして決定されたものである。このDNAは、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列をコードしており、細胞内の活性酸素除去系に関与し、過酸化物や重金属等による活性酸素ストレス耐性を付与すると考えられる。   The base sequence of DNA shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 is determined as described above. This DNA encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and is considered to be involved in the intracellular active oxygen removal system and to impart resistance to active oxygen stress due to peroxides, heavy metals, and the like.

もっとも、生物の遺伝子は、同じ機能を果たすもの同士でも、各種ごと、また、各個体ごとに、その塩基配列はある程度相違するのが、むしろ普通である。従って、上記アミノ酸配列と同一のアミノ酸配列を有するタンパク質を与えなくとも、又は、上記DNAの塩基配列と同一でなくとも、本発明に係るDNAは、これが導入された宿主細胞に過酸化水素耐性を付与する限り、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするものであってもよく、あるいは、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするものであってもよい。なお、この場合において、過酸化水素耐性の付与を要件とするのは、前記酵母のYAP1遺伝子及びYAP2遺伝子に関する研究より明らかなように、活性酸素除去系に関与する遺伝子は、活性酸素ストレスの誘引物質である過酸化水素等、過酸化物への耐性を付与すると考えられるからである。   However, it is normal that the base sequences of organism genes that have the same function are somewhat different from each other and from individual to individual. Therefore, even if a protein having the same amino acid sequence as the above amino acid sequence is not given, or even if it is not identical to the base sequence of the above DNA, the DNA according to the present invention is resistant to hydrogen peroxide to the host cell into which it has been introduced. As long as it is given, it may encode a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted, substituted, and / or added to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. Alternatively, it may be one that hybridizes with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 under stringent conditions. In this case, the requirement for imparting hydrogen peroxide resistance is that the gene involved in the active oxygen removal system is an inducer of active oxygen stress, as is clear from the YAP1 and YAP2 genes of yeast. This is because it is considered to impart resistance to peroxide such as hydrogen peroxide which is a substance.

配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失しているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする、本発明のDNAとしては、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、1〜20個程度のアミノ酸が欠失しているアミノ酸配列をコードするDNAが好ましく、特に、1〜5個程度のアミノ酸が欠失しているアミノ酸配列をコードするDNAが好ましい。   The DNA of the present invention encoding a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 is shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. A DNA encoding an amino acid sequence from which about 1 to 20 amino acids have been deleted is preferable, and a DNA encoding an amino acid sequence from which about 1 to 5 amino acids have been deleted is particularly preferable. .

また、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が置換されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする、本発明のDNAとしては、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、1〜160個程度のアミノ酸が他のアミノ酸に置換されているアミノ酸配列をコードするDNAが好ましく、特に、1〜40個程度のアミノ酸が他のアミノ酸に置換されているアミノ酸配列をコードするDNAが好ましい。   In addition, the DNA of the present invention encoding a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is substituted with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 includes SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. DNA encoding an amino acid sequence in which about 1 to 160 amino acids are substituted with other amino acids relative to the amino acid sequence shown is preferred, and in particular, amino acids in which about 1 to 40 amino acids are substituted with other amino acids. DNA encoding the sequence is preferred.

さらに、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする、本発明のDNAとしては、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、1〜20個程度のアミノ酸が付加されているアミノ酸配列をコードするDNAが好ましく、特に、1〜5個程度のアミノ酸が付加されているアミノ酸配列をコードするDNAが好ましい。   Furthermore, the DNA of the present invention encoding a protein having an amino acid sequence to which at least one amino acid is added to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 includes SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. A DNA encoding an amino acid sequence to which about 1 to 20 amino acids are added to the amino acid sequence shown is preferable, and a DNA encoding an amino acid sequence to which about 1 to 5 amino acids are added is particularly preferable.

一方、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする、本発明のDNAとしては、例えば、ホルムアミド濃度が30〜50W/V%、好ましくは50W/V%、温度が37〜50℃、好ましくは42℃の条件下で、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とハイブリダイズするDNAが好ましい。   On the other hand, the DNA of the present invention that hybridizes with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 under stringent conditions has, for example, a formamide concentration of 30 to 50 W / V%, preferably 50 W / V%, A DNA that hybridizes with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 under a temperature of 37-50 ° C, preferably 42 ° C is preferred.

上記、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、あるいは、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAは、例えば、配列番号2もしくは配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、又は、配列番号1もしくは配列番号3に示す塩基配列を有するDNAをプローブとして、タバコ細胞その他の植物の細胞を始め、微生物の細胞、動物の細胞より単離したDNA又はcDNAと、上記ハイブリダイズ条件、即ち、ホルムアミド濃度30〜50%W/V、好ましくは50W/V%、温度37〜50℃、好ましくは42℃にてハイブリダイゼーションを行うことにより、取得できる。   DNA encoding a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted, substituted and / or added to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 1 Alternatively, the DNA that hybridizes with the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 under stringent conditions is, for example, DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, or SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: DNA or cDNA isolated from tobacco cells or other plant cells, microbial cells, or animal cells, using the DNA having the base sequence shown in 3 as a probe, and the above hybridization conditions, ie, formamide concentration of 30 to 50 % W / V, preferably 50 W / V%, temperature 37-50 ° C., preferably 42 By performing the hybridization in, it can be obtained.

また、上記、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、あるいは、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAは、例えば、配列番号2もしくは配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、又は、配列番号1もしくは配列番号3に示す塩基配列を有するDNAに、Kunkel法やGapped duplex法などの公知の手法又はこれに準ずる方法を用い、人為的に部位特異的突然変異を導入して作製することもできる。このような部位特異的突然変異の導入を簡便に行うための変異導入用キットも市販されている(例えば、TAKARA社製、Mutant-K、Mutant-G、又は、LA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキット等)。   Further, a DNA encoding a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted, substituted, and / or added to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, or a sequence DNA that hybridizes under stringent conditions with the nucleotide sequence shown in No. 1 or SEQ ID No. 3 is, for example, DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID No. 2 or SEQ ID No. 4, or SEQ ID No. 1 or It can also be prepared by artificially introducing a site-specific mutation into a DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 using a known method such as the Kunkel method or the Gapped duplex method or a method analogous thereto. Mutation introduction kits for simply introducing such site-specific mutations are also commercially available (for example, TAKARA, Mutant-K, Mutant-G, or LA PCR in vitro Mutagenesis series kits, etc. ).

本発明の遺伝子導入用ベクターは、本発明のDNA、即ち、上記した、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列を有するDNA、あるいは、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAを有する。   The gene introduction vector of the present invention comprises the DNA of the present invention, that is, the DNA encoding the protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. On the other hand, DNA encoding a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted, substituted, and / or added, DNA having a base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, or SEQ ID NO: It has a DNA that hybridizes with the base sequence shown in 1 or SEQ ID NO: 3 under stringent conditions.

このようなベクターは、上記DNAを適当な制限酵素にて切断した上で、このDNAを、本発明の目的達成のために必要とされる各種公知のDNA要素、例えばプロモーター、エンハンサー等のシスエレメント、リボソーム結合配列(SD配列)、スプライシングシグナル、ポリA付加シグナル、ターミネーター、選抜マーカー遺伝子などと共に、これらを導入しようとする宿主細胞において複製可能な公知のベクターの制限酵素部位、又はマルチクローニングサイトに連結することにより、作製できる。   Such a vector is obtained by cleaving the DNA with an appropriate restriction enzyme, and then converting the DNA into various known DNA elements required for achieving the object of the present invention, such as cis elements such as promoters and enhancers. Ribosome binding sequence (SD sequence), splicing signal, poly A addition signal, terminator, selection marker gene, etc., and restriction enzyme sites of known vectors that can be replicated in the host cell into which these are to be introduced, or multicloning sites It can produce by connecting.

なお、プロモーターは、上記DNAを発現させることができるものであれば、どのようなものであってもよいが、大腸菌を宿主とする場合には、大腸菌やファージに由来するtrpプロモーター、lacプロモーター、PLプロモーター、PRプロモーター等の他、これらのプロモーターを人為的に改変して得られた、tacプロモーター等のプロモーターを用いることが好ましい。酵母を宿主とする場合には、gal1プロモーター、gal10プロモーター、ヒートショックタンパク質プロモーター、MFα1プロモーター、PHO5プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター、AOX1プロモーター等が好ましい。また、植物細胞を宿主とする場合は、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)に由来する35Sプロモーター、レンゲ萎縮ウイルスに由来するMC8プロモーター、rbcSプロモーター、ユビキチンプロモーター、ノパリン合成酵素(NOS)遺伝子のプロモーター、オクトピン(OCT)合成酵素遺伝子のプロモーター等が好ましい。さらに、動物細胞を宿主とする場合は、SRαプロモーター、SV40プロモーター、LTRプロモーター、CMVプロモーター等が好ましい。動物細胞においては、ヒトサイトメガロウイルスの初期遺伝子プロモーター等を用いることもできる。   The promoter may be any promoter as long as it can express the DNA. When Escherichia coli is used as a host, trp promoter derived from Escherichia coli or phage, lac promoter, In addition to the PL promoter, the PR promoter, and the like, it is preferable to use a promoter such as the tac promoter obtained by artificially modifying these promoters. When yeast is used as a host, gal1 promoter, gal10 promoter, heat shock protein promoter, MFα1 promoter, PHO5 promoter, PGK promoter, GAP promoter, ADH promoter, AOX1 promoter and the like are preferable. When plant cells are used as hosts, the 35S promoter derived from cauliflower mosaic virus (CaMV), the MC8 promoter derived from Astragalus dwarf virus, the rbcS promoter, the ubiquitin promoter, the promoter of nopaline synthase (NOS) gene, octopine ( An OCT) synthase gene promoter is preferred. Furthermore, when using an animal cell as a host, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV promoter and the like are preferable. In animal cells, the human cytomegalovirus early gene promoter and the like can also be used.

本発明のDNA、及び、上記プロモーター等のDNA要素を連結するための公知のベクターとしては、例えば、λファージ等のファージDNAや、pBR322、pBR325、pUC118、pUC119等の大腸菌用プラスミドDNA、pUB110、pTP5等の枯草菌用プラスミドDNA、YEp13、YEp24、YCp50等の酵母用プラスミドDNA、pBI101、pBI121、pBI2113、pBI2113Not、pBI221、pBIG、pGA482、pGAH等のバイナリーベクター系の植物細胞用プラスミドDNA、又はpLGV23Neo、pMON200、pNCAT等の中間ベクター系の植物細胞用プラスミドDNAなどを例示することができる。また、バキュロウイルス等の昆虫ウイルスベクター、レトロウイルス、ワクシニアウイルス等の動物ウイルスベクターも、上記DNAを連結するためのベクターとして用いることができる。なお、バイナリーベクター系の植物細胞用プラスミドDNAをベクターとして植物細胞への遺伝子導入を行う場合は、その境界配列LB及びRB間、即ちT-DNA領域に上記DNAを連結する必要がある。   Examples of known vectors for ligating the DNA of the present invention and DNA elements such as the above promoter include phage DNA such as λ phage, plasmid DNA for E. coli such as pBR322, pBR325, pUC118, and pUC119, pUB110, Plasmid DNA for Bacillus subtilis such as pTP5, plasmid DNA for yeast such as YEp13, YEp24, and YCp50, plasmid DNA for binary vectors such as pBI101, pBI121, pBI2113, pBI2113Not, pBI221, pBIG, pGA482, pGAH, or pLGV23Neo And plasmid vectors for plant cells of intermediate vectors such as pMON200 and pNCAT. In addition, insect virus vectors such as baculovirus, and animal virus vectors such as retrovirus and vaccinia virus can also be used as vectors for ligating the DNA. When a gene is introduced into a plant cell using a binary vector-based plasmid DNA for plant cells as a vector, it is necessary to link the DNA between the boundary sequences LB and RB, that is, the T-DNA region.

本発明の形質転換細胞は、本発明のDNAを宿主細胞の染色体に導入することにより、取得できる。この場合において、典型的な宿主細胞としては、例えば、大腸菌(Escherichia coli)Hms174(DE3)株、K12株もしくはDH1株、枯草菌(Bacillus subtilis)MI 114株、207-21株、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、アグロバクテリウム・チュメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens、以下、A.チュメファシエンスと略記する)C58株、LBA4404株、EHA101株、EHA105株もしくはC58C1RifR株、アグロバクテリウム・リゾジェネス(Agrobacterium rhizogenes)又はリゾビウム・メリロティ(Rhizobium meliloti)等の細菌類、酵母(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Shizosaccharomyces pombe)又はピキア・パストリス(Pichia pastoris)等の酵母類、シロイヌナズナ、タバコ、トウモロコシ、イネ、ニンジン、ペチュニア、ポプラ、ユーカリ、アカシア、スギ又はマツ等の植物細胞、Sf9細胞又はSf21細胞等の昆虫細胞、あるいは、サル細胞COS-7もしくはVero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)、マウスL細胞、ラットGH3細胞又はヒトFL細胞等の動物細胞を挙げることができる。もっとも、本発明において、宿主細胞に特に制限はない。本発明のDNAを発現し得るものであれば、何であれ、このDNAを染色体に導入することで、本発明の形質転換細胞を取得できる。 The transformed cell of the present invention can be obtained by introducing the DNA of the present invention into the host cell chromosome. In this case, typical host cells include, for example, Escherichia coli Hms174 (DE3) strain, K12 strain or DH1 strain, Bacillus subtilis MI 114 strain, 207-21 strain, Pseudomonas putida ( Pseudomonas putida ), Agrobacterium tumefaciens (hereinafter abbreviated as A. tumefaciens ) C58 strain, LBA4404 strain, EHA101 strain, EHA105 strain or C58C1RifR strain, Agrobacterium lysogenes ( Agrobacterium rhizogenes ) or bacteria such as Rhizobium meliloti , yeasts such as yeast ( Saccharomyces cerevisiae ), Shizosaccharomyces pombe or Pichia pastoris ( Pichia pastoris ), Arabidopsis, Arabidopsis, , Carrot, petunia, poplar, eucalyptus, acacia, cedar Are plant cells such as pine, insect cells such as Sf9 cells or Sf21 cells, or animals such as monkey cells COS-7 or Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, rat GH3 cells or human FL cells Mention may be made of cells. However, in the present invention, the host cell is not particularly limited. Whatever can express the DNA of the present invention, the transformed cell of the present invention can be obtained by introducing this DNA into the chromosome.

また、本発明のDNAを上記宿主細胞の染色体に導入するには、前記したように、宿主細胞に応じて選択したプロモーター等のDNA要素及びベクターに本発明のDNAを連結して、本発明の遺伝子導入用ベクターを作製し、これを、公知の遺伝子導入法を用いて各宿主細胞に導入すればよい。遺伝子導入法としては、例えば、細菌を宿主細胞とする場合には、カルシウムイオン法(Cohen et al.、Proc.Natl.Acad.Sci.、USA、69:2110-2114、1972)、エレクトロポレーション法(Becker et al.、Methods. Enzymol.、194:182‐187、1990) 、凍結融解法、三者接合法(M.BevanNucleic Acids Research、12:8711、1984)等を、酵母を宿主細胞とする場合には、エレクトロポレーション法、エレクトロインジェクション法、プロトプラスト法、スフェロプラスト法(Hinnen et al.、Proc.Natl.Acad.Sci.、USA、75:1929‐1933、1978)、酢酸リチウム法(Itoh、J.Bacteriol.、153:163‐168、1983)等を、植物細胞を宿主細胞とする場合には、アグロバクテリウム法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法(Abel et al.、Plant J.、5:421‐427、1994)、パーティクルガン法、リポソーム法、マイクロインジェクション法等を、動物細胞や昆虫細胞を宿主細胞とする場合には、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等を、用いることができる。   In order to introduce the DNA of the present invention into the chromosome of the host cell, as described above, the DNA of the present invention is ligated to a DNA element such as a promoter selected according to the host cell and a vector. A vector for gene transfer may be prepared and introduced into each host cell using a known gene transfer method. Examples of gene transfer methods include calcium ion method (Cohen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 69: 2110-2114, 1972), electroporation when bacteria are used as host cells. Method (Becker et al., Methods. Enzymol., 194: 182-187, 1990), freeze-thaw method, tripartite conjugation method (M. Bevan Nucleic Acids Research, 12: 8711, 1984), etc. Electroporation method, electroinjection method, protoplast method, spheroplast method (Hinnen et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 75: 1929-1933, 1978), lithium acetate method (Itoh, J. Bacteriol., 153: 163-168, 1983), etc., when plant cells are used as host cells, the Agrobacterium method, electroporation method, polyethylene glycol method (Abel et al., Plant J., 5: 421-427, 1994), particle gun method Liposome method, microinjection method, or the like, animal cells and insect cells when the host cells, electroporation method, calcium phosphate method, the lipofection method can be used.

本発明の形質転換植物個体は、植物細胞の染色体に本発明のDNAを導入して得た形質転換細胞を増殖、分化させることにより得ることができる。   The transformed plant individual of the present invention can be obtained by proliferating and differentiating transformed cells obtained by introducing the DNA of the present invention into the chromosomes of plant cells.

植物細胞の染色体に本発明のDNAを導入するにあたっては、上記したように、植物細胞用に選択したプロモーター等のDNA要素及びベクターに本発明のDNAを連結して、本発明の遺伝子導入用ベクターを作製し、これを、公知の遺伝子導入法を用いて各宿主細胞に導入すればよい。   When introducing the DNA of the present invention into the chromosome of a plant cell, as described above, the DNA of the present invention is linked to a DNA element such as a promoter selected for the plant cell and a vector, and then the gene introduction vector of the present invention. May be prepared and introduced into each host cell using a known gene transfer method.

DNA要素については、既に例示したように、植物細胞用のプロモーターとして、上記35SRNAプロモーター、MC8プロモーター、rbcSプロモーター、ユビキチンプロモーター、ノパリン合成酵素(NOS)遺伝子のプロモーター、オクトピン(OCT)合成酵素遺伝子のプロモーター等を用いることができる。また、ターミネーターとして、カリフラワーモザイクウイルス由来のターミネーターやノパリン合成酵素遺伝子由来のターミネーター等を、選抜マーカー遺伝子として、カナマイシン耐性遺伝子(NPTII遺伝子)、ハイグロマイシン耐性遺伝子(htp遺伝子)、ビアラホス(bialaphos)に対する抵抗性を付与するホスフィノスリシンアセチルトランスフェラーゼ(bar)遺伝子等から選ばれる1つ以上の遺伝子を使用することができる。さらに、これらのDNA要素に加え、例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)遺伝子、β‐グルクロニダーゼ(GUS)遺伝子、緑色蛍光タンパク(GFP)遺伝子等を、レポーター遺伝子として使用してもよい。   Regarding the DNA element, as already exemplified, the 35S RNA promoter, MC8 promoter, rbcS promoter, ubiquitin promoter, nopaline synthase (NOS) gene promoter, octopine (OCT) synthase gene promoter are used as plant cell promoters. Etc. can be used. In addition, as a terminator, a terminator derived from cauliflower mosaic virus or a terminator derived from a nopaline synthase gene is used, and as a selection marker gene, resistance to a kanamycin resistance gene (NPTII gene), a hygromycin resistance gene (htp gene), bialaphos. One or more genes selected from a phosphinothricin acetyltransferase (bar) gene that imparts sex can be used. Furthermore, in addition to these DNA elements, for example, chloramphenicol acetyltransferase (CAT) gene, β-glucuronidase (GUS) gene, green fluorescent protein (GFP) gene, etc. may be used as a reporter gene.

ベクター、宿主細胞、及び遺伝子導入法についても、既に例示したように、ベクターとしては、pBI101、pBI121、pBI2113、pBI2113Not、pBI221、pBIG、pGA482、pGAH、pLGV23Neo、pMON200、pNCAT等を、宿主細胞としては、シロイヌナズナ、タバコ、トウモロコシ、イネ、ニンジン、ペチュニア、ポプラ、ユーカリ、アカシア、スギ又はマツ等を、遺伝子導入法としては、アグロバクテリウム法、エレクトロポレーション法、ポリエチレングリコール法、パーティクルガン法、リポソーム法、マイクロインジェクション法等を用いることができる。なお、上記宿主細胞は、植物のいずれの器官(例えば、葉、花弁、茎、根、根茎、種子等)又は組織(例えば、表皮、師部、柔組織、木部、維管束等)の細胞を用いてもよい。   Regarding vectors, host cells, and gene transfer methods, as already exemplified, vectors include pBI101, pBI121, pBI2113, pBI2113Not, pBI221, pBIG, pGA482, pGAH, pLGV23Neo, pMON200, pNCAT, etc. , Arabidopsis thaliana, tobacco, corn, rice, carrot, petunia, poplar, eucalyptus, acacia, cedar or pine etc. As gene transfer methods, Agrobacterium method, electroporation method, polyethylene glycol method, particle gun method, liposome Method, microinjection method and the like can be used. The host cell is a cell of any organ (eg, leaf, petal, stem, root, rhizome, seed, etc.) or tissue (eg, epidermis, phloem, soft tissue, xylem, vascular bundle, etc.). May be used.

もっとも、以上のDNA要素、ベクター、宿主細胞、遺伝子導入法以外でも、本発明のDNAを染色体に導入し、これを発現させて形質転換細胞を作製でき、更に、この形質転換細胞を増殖、分化させて形質転換植物個体を作製できるものであれば、本発明においては何であれ用いることができる。また、選抜マーカー遺伝子は、本発明のDNAと共に単一のベクターに組込んでもよいし、2つ以上のベクターにそれぞれ別個に組み込んでもよい。   However, in addition to the above DNA elements, vectors, host cells, and gene transfer methods, the DNA of the present invention can be introduced into a chromosome and expressed to produce a transformed cell. Further, this transformed cell can be proliferated and differentiated. Any one can be used in the present invention as long as it can produce a transformed plant individual. Moreover, the selection marker gene may be incorporated into a single vector together with the DNA of the present invention, or may be separately incorporated into two or more vectors.

遺伝子導入後の宿主細胞は、その植物細胞の増殖・分化に適した公知の培地及び環境条件で培養する。この過程で、本発明のDNAと共に導入した選抜マーカー遺伝子の発現を指標として、形質転換細胞を選抜し、これを増殖・分化させて植物個体を再分化させれば、本発明の形質転換植物個体を得ることができる。こうして得られた形質転換植物個体又はその後代の個体の染色体への本発明のDNAの導入は、当該個体の細胞から定法に従ってDNAを抽出し、PCR法やサザンハイブリダイゼーション法等、公知の手法を用いて解析を行うことにより、確認できる。   The host cell after gene introduction is cultured in a known medium and environmental conditions suitable for the growth and differentiation of the plant cell. In this process, if the transformed cell is selected by using the expression of the selection marker gene introduced together with the DNA of the present invention as an index, and then the plant is proliferated and differentiated to redifferentiate the plant individual, the transformed plant individual of the present invention Can be obtained. The introduction of the DNA of the present invention into the chromosome of a transformed plant individual or a progeny individual thus obtained is performed by extracting the DNA from the cells of the individual according to a conventional method, and using a known method such as a PCR method or Southern hybridization method. This can be confirmed by performing an analysis using this method.

一方、本発明の形質転換植物個体又はその後代の個体における本発明のDNAの発現は、RT−PCR法、ノーザンハイブリダイゼーション法、ウエスタンブロッティング法等の公知の手法によって確認し、評価することができる。すなわち、当該個体に、例えば乾燥及び/又は低温ストレスを与えた後、このようなストレスを与えなかった他は同条件で育成した形質転換植物個体もしくはその後代、及び/又は、非形質転換植物個体と共に、これらの手法によって、そのRNA(RT−PCR法もしくはノーザンハイブリダイゼーション法を用いる場合)又は遺伝子産物(ウエスタンブロッティング法を用いる場合)を解析すれば、本発明のDNAの発現レベルを知ることができる。なお、培養容器内で育成されている植物個体であれば、乾燥ストレスは、寒天培地等から植物体を抜き取り、ろ紙上で10分〜24時間乾燥させることにより、また、低温ストレスは、植物体を−4〜15℃の環境下に10分〜24時間置くことにより、与えることができる。一方、地植えの植物個体であれば、乾燥ストレスは、乾燥環境下に1〜2週間程度置くことにより、低温ストレスは、上記低温環境下に、やはり1〜2週間程度置くことにより、与えればよい。一般に、染色体に導入された遺伝子は、その導入位置によって発現レベルが異なるので、上記の手法により解析を行うことで、本発明のDNAがより強く発現している形質転換植物個体及びその後代を選抜できる。   On the other hand, the expression of the DNA of the present invention in the transformed plant individual of the present invention or a progeny individual thereof can be confirmed and evaluated by known techniques such as RT-PCR method, Northern hybridization method, Western blotting method and the like. . That is, for example, after giving a dry and / or low temperature stress to the individual, a transformed plant individual or its progeny grown under the same conditions, and / or a non-transformed plant individual that did not give such stress. In addition, if the RNA (when using RT-PCR method or Northern hybridization method) or the gene product (when using Western blotting method) is analyzed by these methods, the expression level of the DNA of the present invention can be known. it can. In addition, if it is a plant individual grown in a culture vessel, the drought stress is obtained by extracting the plant from an agar medium and drying it on a filter paper for 10 minutes to 24 hours. Can be provided by placing it in an environment of −4 to 15 ° C. for 10 minutes to 24 hours. On the other hand, if it is a planted plant plant, if drought stress is applied by placing it in a dry environment for about 1 to 2 weeks, and low temperature stress is also applied by placing it in the low temperature environment for about 1 to 2 weeks. Good. In general, since the expression level of a gene introduced into a chromosome varies depending on the position of introduction, the transformed plant individual and its progeny in which the DNA of the present invention is more strongly expressed are selected by performing the analysis described above. it can.

また、本発明の形質転換植物個体又はその後代の個体における本発明のDNAの発現は、当該個体の酸化ストレス耐性を調査することで、最終的に確認し、評価することができる。このような調査は、例えば、本発明の形質転換植物個体又はその後代の個体を、非形質転換個体と共に、高濃度の塩類を含む培養土で2〜4週間栽培する等して酸化ストレスを与えたときの生育状況を観察することによって、行えばよい。   In addition, the expression of the DNA of the present invention in the transformed plant individual of the present invention or a progeny individual thereof can be finally confirmed and evaluated by examining the oxidative stress resistance of the individual. Such investigation is performed by, for example, applying oxidative stress by cultivating the transformed plant individual of the present invention or a progeny individual thereof together with a non-transformed individual in a culture soil containing a high concentration of salts for 2 to 4 weeks. It can be done by observing the growth situation at the time.

本発明のタンパク質は、本発明のDNA、即ち、上記した、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列を有するDNA、あるいは、配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAによりコードされる。かかるタンパク質は、本発明の形質転換細胞の培養物より取得することができる。ここで培養物とは、本発明の形質転換細胞を培養した結果得られる、細胞、組織、器官、個体及び/又は培地等を意味する。本発明の形質転換細胞の培養は、その宿主とした細胞の培養において公知の方法を用いて行うことができる。   The protein of the present invention contains at least the DNA of the present invention, that is, the DNA encoding the protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. DNA encoding a protein having an amino acid sequence in which one amino acid has been deleted, substituted, and / or added, DNA having a base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3, or SEQ ID NO: 1 or sequence It is encoded by DNA that hybridizes with the base sequence shown in No. 3 under stringent conditions. Such a protein can be obtained from the culture of the transformed cell of the present invention. Here, the culture means cells, tissues, organs, individuals and / or culture media obtained as a result of culturing the transformed cells of the present invention. Culture of the transformed cell of the present invention can be performed using a known method for culturing a cell as the host.

例えば、大腸菌や酵母等の微生物を宿主として得られた形質転換細胞を培養する場合は、炭素源、窒素源及び無機塩類等を含有する天然培地又は合成培地を用い、通常は好気的条件下、37℃で6〜24時間、振盪培養又は通気攪拌培養を行えばよい。   For example, when culturing transformed cells obtained using microorganisms such as Escherichia coli and yeast as a host, a natural or synthetic medium containing a carbon source, a nitrogen source and inorganic salts is used, usually under aerobic conditions. The shaking culture or the aeration stirring culture may be performed at 37 ° C. for 6 to 24 hours.

この場合において、例えば、炭素源としては、グルコース、フラクトース、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピオン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアルコール類を、窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、その他の含窒素化合物、ペプトン、肉エキス、コーンスティープリカーを、無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウムを、1種又は2種以上組合わせて用いることができる。また、植物細胞を宿主として得られた形質転換細胞を培養する場合は、チアミン、ピリドキシン等のビタミン類を、動物細胞を宿主として得られた形質転換細胞を培養する場合は、RPMI1640等の血清を、上記成分に加え、必要に応じ適宜添加すればよい。培地のpHは7.0〜7.5に調整・保持することが好ましい。培地のpHは、無機酸もしくは有機酸、及び/又はアルカリ溶液等を用いて調整することができる。   In this case, for example, as a carbon source, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, alcohols such as ethanol and propanol, and nitrogen sources include ammonia, ammonium chloride, Ammonium sulfate, ammonium acetate, ammonium phosphate, other nitrogen-containing compounds, peptone, meat extract, corn steep liquor, inorganic salts such as monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, chloride Sodium, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate can be used singly or in combination of two or more. When culturing transformed cells obtained using plant cells as a host, vitamins such as thiamine and pyridoxine are used. When transforming cells obtained using animal cells as hosts, sera such as RPMI 1640 are used. In addition to the above components, these may be added as necessary. The pH of the medium is preferably adjusted and maintained at 7.0 to 7.5. The pH of the medium can be adjusted using an inorganic or organic acid and / or an alkaline solution.

なお、上記培地には、雑菌による汚染防止のため、ペニシリン、テトラサイクリン、アンピシリン、カナマイシン等の抗生物質を添加してもよい。ただし、大腸菌は通常、このような抗生物質の存在下では生育しないので、大腸菌を宿主とする形質転換細胞を培養する場合には、これらの添加は避けるべきである。もっとも、選抜マーカー遺伝子として抗生物質耐性遺伝子を用い、この選抜マーカー遺伝子を本発明のDNAと共に染色体に導入した場合には、当該形質転換細胞には、導入した抗生物質耐性遺伝子に対応した抗生物質耐性が付与されるので、大腸菌を宿主とする形質転換細胞であっても、上記抗生物質を培地に添加して培養することができる。   In addition, you may add antibiotics, such as penicillin, tetracycline, ampicillin, kanamycin, to the said culture medium in order to prevent the contamination by various bacteria. However, since Escherichia coli usually does not grow in the presence of such antibiotics, addition of these should be avoided when culturing transformed cells using Escherichia coli as a host. However, when an antibiotic resistance gene is used as the selection marker gene and this selection marker gene is introduced into the chromosome together with the DNA of the present invention, the transformed cells are treated with antibiotic resistance corresponding to the introduced antibiotic resistance gene. Therefore, even the transformed cells using Escherichia coli as a host can be cultured by adding the antibiotic to the medium.

さらに、本発明のDNAを制御するプロモーターとして化合物誘導性のプロモーターを用いた場合には、インデューサーとして当該化合物を、上記培地に添加することが好ましい。例えば、上記プロモーターとして、trpプロモーターを用いた場合はインドールアクリル酸(IAA)等を、lacプロモーターを用いた場合はイソプロピル‐β‐D‐チオガラクトピラノシド(IPTG)等を培地に添加し、本発明の形質転換細胞を培養すれば、本発明のDNAの発現が誘導されて、本発明のタンパク質が培養物中に蓄積されることとなる。   Furthermore, when a compound-inducible promoter is used as a promoter for controlling the DNA of the present invention, it is preferable to add the compound as an inducer to the medium. For example, when the trp promoter is used as the promoter, indoleacrylic acid (IAA) or the like is used, and when the lac promoter is used, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) or the like is added to the medium. When the transformed cell of the present invention is cultured, the expression of the DNA of the present invention is induced and the protein of the present invention is accumulated in the culture.

本発明のタンパク質は、本発明の形質転換細胞を上記のようにして培養し、得られた培養物について、適宜抽出・精製操作を行うことにより取得できる。なお、本発明のタンパク質が、主として培養後の形質転換細胞内に蓄積される場合には、その細胞の破壊操作を行った後に抽出操作を行うことが好ましく、主として上記培養後の培地中に溶解した状態で蓄積される場合には、当該培地についてそのまま、もしくは、遠心分離等により形質転換細胞その他の不要物を除去した後に抽出操作を行うことが好ましい。抽出後のタンパク質の精製は、タンパク質の単離精製法として公知の方法、例えば、硫酸アンモニウム沈殿法、ゲルクロマトグラフィー法、イオン交換クロマトグラフィー法、アフィニティークロマトグラフィー法等を、単独で又は適宜組合わせて用いることができる。   The protein of the present invention can be obtained by culturing the transformed cell of the present invention as described above and appropriately performing extraction and purification operations on the obtained culture. In addition, when the protein of the present invention is accumulated mainly in transformed cells after culturing, it is preferable to perform an extraction operation after disrupting the cells, and mainly dissolve in the medium after culturing. In the case of accumulating in such a state, it is preferable to carry out the extraction operation after removing the transformed cells and other unnecessary materials from the medium as it is or by centrifugation. For the purification of the protein after extraction, methods known as protein isolation and purification methods, for example, ammonium sulfate precipitation method, gel chromatography method, ion exchange chromatography method, affinity chromatography method, etc. may be used alone or in appropriate combination. Can be used.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例になんら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples at all.

[実施例1]
I.タバコmRNAの抽出及び精製
発芽後、温室にて約1ヶ月間生育させたタバコNicotiana tabacum L cv. SR-1の葉約10gを採取し、液体窒素で凍結させてから摩砕した。この摩砕物より、酸グアニジンフェノールクロロホルム法(Chomcznski et al.、Anal. Biochem. 、Vol.162、p.156−159)を用いて粗RNA画分を抽出し、得られた粗RNA画分を二炭酸ジエチルで処理した滅菌水に溶解して、温度65℃で5分間加熱した後、予め2倍当量のローディング緩衝液(20mM Tris‐HCl、pH7.6、0.1M NaCl、1mM EDTA、0.1W/V% SDS)にて活性化させておいたオリゴdT‐セルロースカラムにアプライした。精製mRNAは、このカラムを、5〜10倍当量の上記ローディング緩衝液にて洗浄し、次いで、2〜3倍当量の溶出緩衝液(10mM Tris‐HCl、pH7.6、1mM EDTA、0.05W/V% SDS)を溶離液として溶出させることにより得られた。なお、このとき得られた精製mRNAの量は10μgであった。
[Example 1]
I. After extraction and purification of tobacco mRNA, about 10 g of tobacco Nicotiana tabacum L cv. SR-1 leaves grown in a greenhouse for about 1 month were collected, frozen in liquid nitrogen and ground. From this ground product, a crude RNA fraction was extracted using the acid guanidine phenol chloroform method (Chomcznski et al., Anal. Biochem., Vol. 162, p.156-159). After being dissolved in sterilized water treated with diethyl dicarbonate and heated at a temperature of 65 ° C. for 5 minutes, a double equivalent of a loading buffer (20 mM Tris-HCl, pH 7.6, 0.1 M NaCl, 1 mM EDTA, 0 .1 W / V% SDS) was applied to an oligo dT-cellulose column that had been activated. For purified mRNA, the column is washed with 5-10 equivalents of the above loading buffer, then 2-3 equivalents of elution buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA, 0.05 W). / V% SDS) as an eluent. The amount of purified mRNA obtained at this time was 10 μg.

II.タバコcDNAファージライブラリーの作製
Iにて得られた精製mRNAより、Stratagene社製HybriZAP 2.1 XR Vector Cloning Kitを用いて二本鎖cDNAを合成し、得られた二本鎖cDNAをλファージ発現ベクターに連結した後、この発現ベクターをファージ粒子にパッケージングして、力価(タイター)1.0×10pfu/mlのタバコcDNAファージライブラリーを作製した。
II. Preparation of tobacco cDNA phage library Double-stranded cDNA was synthesized from the purified mRNA obtained in I using Stratagene's HybriZAP 2.1 XR Vector Cloning Kit, and the resulting double-stranded cDNA was used as a λ phage expression vector. After ligation, this expression vector was packaged into phage particles to produce a tobacco cDNA phage library with a titer (titer) of 1.0 × 10 6 pfu / ml.

なお、ファージ粒子へのパッケージングには、Stratagene社製インビトロ・パッケージングキット(GigapackII Gold packaging extract)を用いて行った。すなわち、タバコのcDNAを連結したλファージ発現ベクターに、溶解した直後のFreeze/Thaw extractを加えて氷上に置いた後、直ちにSonic extract15μlを加え、ピペッティングしてよく混合してから軽く遠心して、室温(22℃)に2時間放置することにより行った。また、力価の測定は、この2時間放置後の反応液に、500μlのファージ希釈用緩衝液(Phage Dilution Buffer)及び20μlのクロロホルムを加えて混合した後、水層2μlを18μlのSM緩衝液(1l中、NaCl5.8g、MgSO・7HO2g、1M Tris‐HCl(pH7.5)50ml、2W/V%ゼラチン5ml)にて希釈し、この希釈液1μlとファージ原液1μlとを、OD600=0.5の大腸菌PLK-F‘株の培養液200μlにそれぞれ混合し、37℃で15分培養してからトップアガー(48℃)2〜3mlに加え、直ちに、約37℃に温めた直径150mmのNZYアガープレート(0.5W/V% NaCl、0.2W/V% MgSO・7HO、0.5W/V%酵母エキス、1.0W/V% NZ-amine、1.5W/V%寒天)に重層して、37℃、一晩培養後、出現したプラーク数を数えることにより行った。 The phage particles were packaged using an in vitro packaging kit (GigapackII Gold packaging extract) manufactured by Stratagene. That is, after adding Freeze / Thaw extract immediately after lysis to λ phage expression vector linked with tobacco cDNA and placing on ice, immediately add 15 μl of Sonic extract, mix well by pipetting, and then lightly centrifuge, This was carried out by leaving it at room temperature (22 ° C.) for 2 hours. The titer was measured by adding 500 μl of phage dilution buffer (Phage Dilution Buffer) and 20 μl of chloroform to the reaction solution after being left for 2 hours, mixing, and then adding 2 μl of the aqueous layer to 18 μl of SM buffer. (In 1 liter, NaCl 5.8 g, MgSO 4 .7H 2 O 2 g, 1 M Tris-HCl (pH 7.5) 50 ml, 2 W / V% gelatin 5 ml) is diluted with 1 μl of this diluted solution and 1 μl of the phage stock solution. Each was mixed with 200 μl of a culture solution of E. coli PLK-F ′ of 600 = 0.5, incubated at 37 ° C. for 15 minutes, added to 2-3 ml of top agar (48 ° C.), and immediately warmed to about 37 ° C. NZY agar plate diameter 150mm (0.5W / V% NaCl, 0.2W / V% MgSO 4 · 7H 2 O, 0.5W / V% yeast extract, 1.0W / V% NZ-amine , 1.5 / V% agar) was layered, 37 ° C., after overnight incubation, were performed by counting the number of occurrences plaques.

III.タバコcDNAファージライブラリーの増幅
IIにて得られた、タバコcDNAを連結したλファージ発現ベクターがパッケージングされたファージ粒子(以下、単に組換えファージ粒子とも言う。)約50000個を、OD600=0.5の大腸菌PLK-F‘株の培養液600μlに混合し、37℃で15分培養した後、この培養液にトップアガー(48℃)6.5mlを加え、約37℃に温めた直径150mmのNZYアガープレートへ直ちに重層して、37℃で5〜8時間培養した。次いで、この各プレートに10mlのSM緩衝液を加えて、4℃で一晩ゆっくり振とうさせながら培養することにより、タバコcDNAのファージライブラリーを増幅した。この増幅後のライブラリーについて、上記IIと同様にして測定した力価は、5.0×10pfu/mlであった。
III. About 50,000 phage particles (hereinafter also simply referred to as recombinant phage particles) obtained by amplification of a tobacco cDNA phage library and packaged with a λ phage expression vector ligated with tobacco cDNA were OD 600 = The mixture was mixed with 600 μl of a culture solution of 0.5 E. coli PLK-F ′ strain and cultured at 37 ° C. for 15 minutes. Immediately overlaid on a 150 mm NZY agar plate and incubated at 37 ° C. for 5-8 hours. Next, 10 ml of SM buffer was added to each plate and cultured overnight at 4 ° C. with gentle shaking to amplify a tobacco cDNA phage library. The titer measured for this amplified library in the same manner as in II above was 5.0 × 10 9 pfu / ml.

増幅後のライブラリーはポリプロピレンチューブに集め、その全量の5V/V%に相当するクロロホルムを加えて混合し、室温で15分放置してから、4000gで5分遠心して上清を回収し、この上清に全量の0.3%に相当するクロロホルムを加えて、4℃で保存した。   The amplified library is collected in a polypropylene tube, mixed with chloroform corresponding to 5 V / V% of the total amount, left at room temperature for 15 minutes, centrifuged at 4000 g for 5 minutes, and the supernatant is recovered. Chloroform corresponding to 0.3% of the total amount was added to the supernatant and stored at 4 ° C.

IV.タバコcDNAファージライブラリーのプラスミドへの変換
タバコcDNAファージライブラリーのプラスミドへの変換は、IIIにて増幅されたタバコcDNAファージライブラリー200μl(組換えファージ粒子1×10個以上を含む。)、OD600=0.1の大腸菌XL1-Blue培養液200μl、及び、力価1×10pfu/ml以上のヘルパーファージR408 1μlを混合し、37℃で15分培養した後、2倍希釈YT培地(0.8W/V%ポリペプトン、0.5W/V%酵母エキス、0.25W/V% NaCl、1.5W/V%寒天)5mlを加え、更に、37℃で3時間振とう培養することにより行った。また、こうしてプラスミドに組込まれたタバコcDNAは、この培養液を70℃で20分熱処理してから、4000gで5分遠心を行うことにより上清を回収した後、この上清を、再度、5000gで5分遠心を行い精製した上で、その100倍希釈液20μlとOD600=0.1の大腸菌XL1-Blue培養液200μlとを混合して、37℃で15分培養を行うことにより、大腸菌に感染させた。
IV. Conversion of tobacco cDNA phage library into plasmid Conversion of tobacco cDNA phage library into plasmid includes 200 μl of tobacco cDNA phage library amplified in III (including 1 × 10 5 or more recombinant phage particles), 200 μl of E. coli XL1-Blue culture solution with OD 600 = 0.1 and 1 μl of helper phage R408 having a titer of 1 × 10 6 pfu / ml or more were mixed and cultured at 37 ° C. for 15 minutes, and then diluted 2 times with YT medium. Add 5 ml (0.8 W / V% polypeptone, 0.5 W / V% yeast extract, 0.25 W / V% NaCl, 1.5 W / V% agar), and further shake culture at 37 ° C. for 3 hours. It went by. In addition, the tobacco cDNA incorporated in the plasmid thus obtained was heat-treated at 70 ° C. for 20 minutes, and then centrifuged at 4000 g for 5 minutes to recover the supernatant. And then purified by centrifuging for 5 minutes, and then mixed with 20 μl of the 100-fold diluted solution and 200 μl of E. coli XL1-Blue culture solution with an OD 600 = 0.1, and cultured at 37 ° C. for 15 minutes. Infected with.

上記培養後、培養液1〜100μlを取分け、アンピシリンを含むLBプレート(1.0W/V%ポリペプトン、0.5W/V%酵母エキス、1.0W/V% NaCl、1.5W/V%寒天)にて37℃で一晩培養を行い、出現した大腸菌のコロニーをランダムに選択し、グリセロールを加えて−80℃で保存した。以下の操作に用いるタバコcDNAを組込んだプラスミドは、こうして保存しておいた大腸菌より、Qiagen社製のQIAfilter Plasmid Kit Maxiを用いて単離した。   After the above culture, 1 to 100 μl of the culture solution is separated and LB plate containing ampicillin (1.0 W / V% polypeptone, 0.5 W / V% yeast extract, 1.0 W / V% NaCl, 1.5 W / V% agar) ) At 37 ° C. overnight, colonies of E. coli that appeared were randomly selected, added with glycerol, and stored at −80 ° C. The plasmid incorporating the tobacco cDNA used in the following operations was isolated from the thus-stored E. coli using the QIAfilter Plasmid Kit Maxi manufactured by Qiagen.

すなわち、上記のようにして保存されていた大腸菌を、5mlの2倍希釈LB培地にて37℃、一晩培養し、次いで、100mlのLB培地にて37℃、一晩培養することにより増殖させた後、4℃、4000g、15分遠心して菌体を回収し、回収した菌体にTE緩衝液(10mM Tris−HCl(pH8.0)、1mM EDTA)1mlを加え、ボルテックスにて撹拌してから、今度は、4℃、5000g、5分遠心することにより、再び菌体を回収した。そして、この菌体に、10mlのP1溶液(細胞懸濁用溶液)を加え、よく懸濁した上でミキサーにて2分間撹拌し、更に、10mlのP2溶液(細胞溶解用溶液)を加え、透明になるまで撹拌して菌体を溶解させた後、この溶液に10mlのP3溶液(中和用溶液)を加え、手で振って撹拌してから、15000gで10分遠心して上清を回収した。この上清を、予めQBT溶液(カラム活性化溶液)10mlで活性化しておいたカラムQIAGEN-tip 500にアプライし、30mlのQC溶液(カラム洗浄用溶液)にて二度洗浄した後、15mlのQC溶液(カラム溶出用溶液)をカラムに流すことにより、タバコcDNAを組込んだプラスミドを溶出させ、得られた溶出液にイソプロパノール10.5mlを加えてこれを析出させ、15000gで30分遠心することにより、沈殿させて回収した。この沈殿に70%エタノール1mlを加え、15000gで3分遠心し、再度回収してからエタノールを完全に除去し、デシケーター中で真空乾燥させた後、20μlの滅菌水に溶解し、−20℃にて保存した。   That is, E. coli stored as described above was grown by culturing overnight at 37 ° C. in 5 ml of 2-fold diluted LB medium, and then cultivating overnight at 37 ° C. in 100 ml of LB medium. After that, the cells were collected by centrifugation at 4000 g for 15 minutes at 4 ° C., and 1 ml of TE buffer solution (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA) was added to the collected cells, followed by vortexing. From this time, the cells were collected again by centrifugation at 5000 g for 5 minutes at 4 ° C. Then, 10 ml of P1 solution (cell suspension solution) was added to the cells, well suspended, and stirred for 2 minutes with a mixer. Further, 10 ml of P2 solution (cell lysis solution) was added, Stir until clear to dissolve cells, add 10 ml of P3 solution (neutralizing solution) to this solution, shake by hand and stir, then centrifuge at 15000 g for 10 minutes to collect the supernatant did. This supernatant was applied to a column QIAGEN-tip 500 previously activated with 10 ml of QBT solution (column activation solution), washed twice with 30 ml of QC solution (column washing solution), then 15 ml of By flowing a QC solution (column elution solution) through the column, the plasmid incorporating tobacco cDNA is eluted, and 10.5 ml of isopropanol is added to the resulting eluate to precipitate it, followed by centrifugation at 15000 g for 30 minutes. And collected by precipitation. Add 1 ml of 70% ethanol to this precipitate, centrifuge at 15000 g for 3 minutes, recover again, completely remove ethanol, vacuum dry in a desiccator, dissolve in 20 μl of sterilized water and bring to −20 ° C. And saved.

V.活性酸素ストレス耐性遺伝子のスクリーニング
IVにてタバコcDNAを組込んだプラスミドを、YAP1遺伝子及びYAP2遺伝子の双方を破壊した酵母DHA 12-2c株(MATa ho yap1::HIS3 yap2::URA3 leu2 trp1 ade2 can1-100)に酢酸リチウム法を用いて導入し、この形質転換酵母1.2×10個を、最終濃度4mMとなるように過酸化水素水を添加したYPD培地(1W/V%酵母エキス、2W/V%ポリペプトン、2W/V%デキストロース、2W/V%寒天)にて28℃で4〜7日間培養することにより、活性酸素ストレス耐性遺伝子のスクリーニングを行った。
V. Reactive oxygen stress resistance gene screening IV Incorporated tobacco cDNA into a yeast strain DHA 12-2c (MATa ho yap1 :: HIS3 yap2 :: URA3 leu2 trp1 ade2 can1) in which both YAP1 gene and YAP2 gene were disrupted -100) using a lithium acetate method, and 1.2 × 10 6 of these transformed yeasts were added to a YPD medium (1 W / V% yeast extract, 2W / V% polypeptone, 2W / V% dextrose, 2W / V% agar) were cultured at 28 ° C. for 4 to 7 days to screen for reactive oxygen stress resistance genes.

この結果、上記培地で生育し、活性酸素ストレス耐性を獲得したと考えられる形質転換酵母2株を得ることができた。   As a result, it was possible to obtain two transformed yeast strains that were considered to have grown on the above medium and acquired resistance to active oxygen stress.

VI.活性酸素ストレス耐性遺伝子の塩基配列の決定
Vにて活性酸素ストレス耐性を示した形質転換酵母2株にそれぞれ由来する、2系統の形質転換酵母について、導入されたプラスミドを抽出し、その塩基配列を解析することにより、これらの酵母に活性酸素ストレス耐性を付与した、2種のタバコcDNAの塩基配列を決定し、CDR1遺伝子及びCDR2遺伝子と命名した。CDR1遺伝子の塩基配列を配列番号1に、CDR2遺伝子の塩基配列を配列番号3に示す。
VI. Determination of the base sequence of the active oxygen stress resistance gene In the two transformed yeasts derived from the two transformed yeast strains that showed resistance to active oxygen stress in V, the introduced plasmids were extracted, and the base sequence was determined. By analysis, the nucleotide sequences of two types of tobacco cDNAs that imparted reactive oxygen stress resistance to these yeasts were determined and named as CDR1 gene and CDR2 gene. The nucleotide sequence of CDR1 gene is shown in SEQ ID NO: 1, and the nucleotide sequence of CDR2 gene is shown in SEQ ID NO: 3.

なお、酵母からのプラスミドの抽出は、ザイモリエース処理により細胞壁を溶解させた酵母菌体を、SDS及びグアニジンチオシアネートにてタンパクを変性させた後、タンパク分解酵素及びRNA分解酵素にて処理することにより行った。また、cDNAの塩基配列は、ベックマンコールター社製シーケンシングキット及びDNAオートシーケンサー2000XLを用い、付属の説明書に従って操作することにより解析した。このときシーケンスプライマーとしては、上記シーケンシングキットのフォワードプライマー(P7)及びリバースプライマー(P8)を使用した。   In addition, plasmid extraction from yeast was performed by treating yeast cells with cell walls lysed by zymolyce treatment with proteins and SDS and guanidine thiocyanate, followed by treatment with proteolytic enzymes and RNases. It was. Further, the base sequence of cDNA was analyzed by using a sequencing kit manufactured by Beckman Coulter and DNA Auto Sequencer 2000XL according to the attached instructions. At this time, the forward primer (P7) and reverse primer (P8) of the above sequencing kit were used as sequence primers.

上記CDR1遺伝子及びCDR2遺伝子について、DNA解析ソフトGENETYX‐WIN(ソフトウェア開発株式会社製)を用い、GenBankのDNAデータベースに基づきホモロジー検索を行ったところ、CDR1遺伝子は、ヒトのインスリン分解酵素遺伝子と高い相同性(アミノ酸レベルで56%)を有し、また、CDR2遺伝子は、シロイヌナズナ由来の機能不明のタンパク質遺伝子と高い相同性(アミノ酸レベルで69%)を有していた。   Using the DNA analysis software GENETYX-WIN (manufactured by Software Development Co., Ltd.) and performing a homology search on the CDR1 gene and CDR2 gene based on the GenBank DNA database, the CDR1 gene is highly homologous to the human insulin-degrading enzyme gene. The CDR2 gene had high homology (69% at the amino acid level) with a protein gene of unknown function derived from Arabidopsis thaliana.

VII.活性酸素ストレス耐性遺伝子が導入された形質転換タバコの作製
活性酸素ストレス耐性を有する上記2系統の酵母に導入したプラスミドを、VIと同様にして抽出し、CDR1遺伝子又はCDR2遺伝子を含むBamHI断片を切取って、バイナリーベクター系植物細胞用プラスミドpBI121の35Sプロモーターの下流に連結した後、エレクトロポーレ−ション法を用いて、このプラスミドをA.チュメファシエンスEHA105株に導入し、形質転換A.チュメファシエンスEHA105(CDR1)又はEHA105(CDR2)を得た。
VII. Preparation of transformed tobacco into which active oxygen stress tolerance gene was introduced Plasmids introduced into the above two strains of yeast having resistance to active oxygen stress were extracted in the same manner as VI, and Bam HI fragment containing CDR1 gene or CDR2 gene was extracted. After excision and ligation downstream of the 35S promoter of the plasmid pBI121 for binary vector plant cells, this plasmid was transformed into A. coli using the electroporation method. Introduced into Tumefaciens EHA105 strain, Tumefaciens EHA105 (CDR1) or EHA105 (CDR2) was obtained.

一方、播種後約4週間、無菌条件下で生育させたタバコNicotiana tabacum L cv. SR-1を形質転換タバコ作製の材料として用意し、その葉から中脈を取除き、約5mm角にカットして得られた葉片を、抗生物質カナマイシン(100mg/l)を含むLB培地にて2日間、28℃で培養した上記A.チュメファシエンスEHA105(CDR1)又はEHA105(CDR2)の培養液に約1〜3分浸してこれに感染させ、滅菌した紙タオル等で付着している菌液を除いてから、MS培地(T. Murashige and F. Skoog、Physiol. Plant.、15:473、1962)にナフタレン酢酸1mg/l、ベンジルアデニン0.1mg/l、ショ糖3W/V%及びゲランガム0.25W/V%を添加したカルス誘導用培地に、葉の裏が上になるように置床して、25℃、全明(特に記載されない限り、外植片及び植物組織・植物個体の培養はこの条件で行った。)で3日間培養を行った。   On the other hand, tobacco Nicotiana tabacum L cv. SR-1 grown under aseptic conditions for about 4 weeks after sowing was prepared as a material for producing transformed tobacco, and the medium vein was removed from the leaves and cut into about 5 mm squares. The obtained leaf pieces were cultured in an LB medium containing the antibiotic kanamycin (100 mg / l) for 2 days at 28 ° C. After immersing it in the culture solution of Tumefaciens EHA105 (CDR1) or EHA105 (CDR2) for about 1 to 3 minutes and removing the bacterial solution adhering with a sterilized paper towel, etc., the MS medium (T Murashige and F. Skoog, Physiol. Plant., 15: 473, 1962) were added 1 mg / l naphthalene acetic acid, 0.1 mg / l benzyladenine, 3 W / V sucrose and 0.25 W / V% gellan gum. Place on a callus induction medium so that the back of the leaf is on top, and 25 ° C., all bright (unless otherwise stated, the explants and plant tissues / plants were cultured under these conditions). The culture was performed for 3 days.

上記培養後の葉片を、MS培地にナフタレン酢酸0.1mg/l、ベンジルアデニン1mg/l、カルベニシリン500mg/l、カナマイシン100mg/l、ショ糖3W/V%及びゲランガム0.25W/V%を添加したシュート形成用培地に移植して培養を続け、約4週間後、再分化してきた不定芽を切取り、この不定芽を、更に、MS培地にベンジルアデニン2mg/l、ナフタレン酢酸0.1mg/l、カルベニシリン500mg/l、カナマイシン100mg/l及び寒天0.8W/V%を添加した発根用培地に移植して培養することにより発根させて、2系統の形質転換タバコを得た。発根した個体は、発根用培地への移植から約4週間後に、バーミキュライト(日本耐火工業社)とピートモス(和泉農材)とを1:2に混合した培養土を入れたポットに植替え、25℃の温室で生育させた。なお、上記2系統の形質転換タバコは、A.チュメファシエンスEHA105(CDR1)感染後の葉片より再分化した系統をNtCDR1、EHA105(CDR2)感染後の葉片より再分化した系統をNtCDR2と、それぞれ命名した。   The leaf pieces after the above culture are added with 0.1 mg / l naphthalene acetic acid, 1 mg / l benzyladenine, 500 mg / l carbenicillin, 100 mg / l kanamycin, 3 W / V sucrose and 0.25 W / V% gellan gum to MS medium. After about 4 weeks, the regenerated adventitious buds were cut out, and the adventitious buds were further added to MS medium with benzyladenine 2 mg / l and naphthalene acetic acid 0.1 mg / l. Then, rooting was carried out by transplanting to a rooting medium supplemented with 500 mg / l carbenicillin, 100 mg / l kanamycin and 0.8 W / V% agar to obtain two lines of transformed tobacco. About 4 weeks after transplanting to the rooting medium, rooted individuals are replanted in pots containing culture soil in which vermiculite (Nihon Refractory Industry Co., Ltd.) and peat moss (Izumi Agricultural Materials) are mixed 1: 2. And grown in a greenhouse at 25 ° C. The two lines of transformed tobacco are A. Lines regenerated from leaf pieces after infection with Tumefaciens EHA105 (CDR1) were named NtCDR1, and lines regenerated from leaf pieces after EHA105 (CDR2) infection were named NtCDR2, respectively.

VIII.形質転換タバコの解析
VIIにて作製した2系統の形質転換タバコNtCDR1及びNtCDR2について、以下の解析を行った。
VIII. Analysis of transformed tobacco The following analyzes were performed on two lines of transformed tobacco NtCDR1 and NtCDR2 prepared in VII.

A.PCR分析
上記2系統の形質転換タバコの葉より、CTAB法(Doyle JJ & Doyle JL、Focus、12:13、1988)を用いて染色体DNAを抽出し、このDNAを鋳型として、プラスミドpBI121が保持するカナマイシン耐性遺伝子の所定位置に結合するよう設計された、一組のオリゴヌクレオチドプライマーを用いてポリメラーゼ連鎖反応(PCR)分析を行い、これらの形質転換タバコの染色体DNAに、プラスミドpBI121由来のカナマイシン耐性遺伝子が存在していることを確認した。
A. PCR analysis Chromosomal DNA was extracted from the leaves of the above two lines of transformed tobacco using the CTAB method (Doyle JJ & Doyle JL, Focus, 12:13, 1988), and the plasmid pBI121 is retained using this DNA as a template. Polymerase chain reaction (PCR) analysis was performed using a set of oligonucleotide primers designed to bind to a predetermined position of the kanamycin resistance gene, and the chromosomal DNA of these transformed tobacco was subjected to kanamycin resistance gene derived from plasmid pBI121. Was confirmed to exist.

従って、これらの形質転換タバコには、A.チュメファシエンスEHA105(CDR1)又はEHA105(CDR2)の感染を介して、その染色体DNA中にpBI121由来の構造が導入されており、上記カナマイシン耐性遺伝子と共に、NtCDR1の系統にはCDR1遺伝子が、また、NtCDR2の系統にはCDR2遺伝子が導入されているものと考えられる。   Therefore, these transformed tobaccos include A.I. A structure derived from pBI121 is introduced into the chromosomal DNA through infection with Tumefaciens EHA105 (CDR1) or EHA105 (CDR2). Together with the kanamycin resistance gene, the NtCDR1 strain contains the CDR1 gene, The CDR2 gene is considered to be introduced into the NtCDR2 line.

B.ノーザンブロッティング分析
上記2系統の形質転換タバコ及び非形質転換タバコ(いずれも8週齢)の茎より、全RNAを酸グアニジンフェノールクロロホルム法にて抽出し、この全RNA10μgについて、緩衝液として1×MOPS緩衝液(20mM MOPS/pH7.0、5mM酢酸ナトリウム、0.5mM EDTA)、泳動ゲルとして終濃度0.66Mホルムアルデヒドを含む1.2%アガロースゲルを用い、電圧60Vで2時間、電気泳動を行った。なお、ここで非形質転換タバコとは、野生型Nicotiana tabacum L cv. SR-1のことを言う(以下同じ。)。
B. Northern blotting analysis Total RNA was extracted from the stems of the above two lines of transformed tobacco and non-transformed tobacco (both 8 weeks old) by the acid guanidine phenol chloroform method, and 10 μg of this total RNA was used as a buffer solution at 1 × MOPS. Electrophoresis was performed using a buffer solution (20 mM MOPS / pH 7.0, 5 mM sodium acetate, 0.5 mM EDTA) and a 1.2% agarose gel containing 0.66 M formaldehyde as a migration gel at a voltage of 60 V for 2 hours. It was. Here, the non-transformed tobacco refers to wild-type Nicotiana tabacum L cv. SR-1 (the same applies hereinafter).

泳動後のゲルを、ナイロンメンブレンフィルター(Amersham Pharmacia Biotech 社製Hybond-N)にブロッティングし、ロッシュダイアゴノスティックス社のノンラジオアイソトープDIG‐核酸検出システムのプロトコールに従い調製したプローブを用いて、ハイブリダイゼーションを行ったところ、形質転換タバコNtCDR1ではCDR1遺伝子に対応するRNAが、NtCDR2ではCDR2遺伝子に対応するRNAが、それぞれ高発現していることが明らかとなった。一方、非形質転換タバコにおいては、これらのRNAの発現は認められなかった。   The gel after electrophoresis was blotted onto a nylon membrane filter (Hybond-N, manufactured by Amersham Pharmacia Biotech), and a high-grade probe was prepared using a probe prepared according to the protocol of the non-radioisotope DIG-nucleic acid detection system manufactured by Roche Diagnostics. As a result of hybridization, it was revealed that RNA corresponding to the CDR1 gene was highly expressed in transformed tobacco NtCDR1, and RNA corresponding to the CDR2 gene was highly expressed in NtCDR2. On the other hand, expression of these RNAs was not observed in non-transformed tobacco.

C.次世代における重金属塩耐性及び高塩濃度耐性の調査
上記2系統の形質転換タバコを自家受粉させて得られた種子及び非形質転換タバコの種子を、70%エタノールで1分、10%次亜塩素酸ナトリウム溶液で15分殺菌処理し、更に、滅菌水で3回洗浄してから、塩化カドミウム(CdCl)100μM又は塩化ナトリウム(NaCl)200mMを含むMS固形培地(0.8W/V%寒天)に播種し、25℃、16時間明期8時間暗期のサイクルで4週間培養後、発芽、生育してきた苗の茎と根の長さを測定した。結果を表1及び表2に示す。
C. Investigation of heavy metal salt tolerance and high salt concentration tolerance in the next generation Seeds obtained by self-pollination of the above two lines of transformed tobacco and non-transformed tobacco seeds with 70% ethanol for 1 minute, 10% hypochlorite Sterilized with sodium acid solution for 15 minutes, further washed with sterilized water three times, and then MS solid medium (0.8 W / V% agar) containing 100 μM cadmium chloride (CdCl 2 ) or 200 mM sodium chloride (NaCl) After culturing for 4 weeks in a cycle of 25 ° C., 16 hours light period and 8 hours dark period, the lengths of stems and roots of germinated and grown seedlings were measured. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2007215513
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Figure 2007215513
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表1及び表2より明らかなように、形質転換タバコNtCDR1及びNtCDR2の次世代は、非形質転換タバコと比べ、塩化カドミウム100μMを含む培地では、茎の長さにして1.5倍以上、根の長さにして2.0倍以上の成長性を、また、塩化ナトリウム200mMを含む培地では、茎の長さにして1.9倍以上、根の長さにして4.5倍以上の成長性を示し、これらの形質転換体が、その染色体DNA中に導入した活性酸素ストレス耐性遺伝子CDR1又はCDR2の働きにより、重金属塩耐性及び高塩濃度耐性を獲得していることが実証された。   As is clear from Tables 1 and 2, the next generation of transformed tobacco NtCDR1 and NtCDR2 has a root length of 1.5 times or more in the medium containing 100 μM cadmium chloride compared to non-transformed tobacco. In the medium containing 200 mM sodium chloride, the stem length is 1.9 times or more and the root length is 4.5 times or more in the medium containing 200 mM sodium chloride. It was demonstrated that these transformants have acquired heavy metal salt tolerance and high salt concentration tolerance by the action of the active oxygen stress resistance gene CDR1 or CDR2 introduced into the chromosomal DNA.

[実施例2]
I.活性酸素ストレス耐性遺伝子が導入された形質転換タバコ培養細胞の作製
LS培地(Nagata Y.、Meth. Enzymol.、148:34-39、1987)にて、25℃、130rpmで培養した植え継ぎ3日目のタバコNicotiana tabacum L cv. BY-2培養細胞4mlに、30℃で一晩培養した形質転換A.チュメファシエンスEHA105(CDR1)又はEHA105(CDR2)100μlを加え、25℃、暗所で、48時間静置培養することにより、タバコ培養細胞にこれらのA.チュメファシエンスを感染させ、次いで、800rpmで1分遠心して感染後のタバコ培養細胞を回収した。回収したタバコ培養細胞は、LS培地5mlを加え、よく撹拌してから遠心し、上清を捨てるという洗浄操作を5回繰返した後、細胞量の10倍量に相当するLS培地を加えて懸濁させてから、そのうち1mlを取分けて、これをLS培地にカルベニシリン500mg/l、カナマイシン100mg/l及び0.8W/V%寒天を添加した固形培地上に均一に広げて、25℃、暗所で静置培養した。そして2週間培養後、生じたコロニーを同組成の培地にて、25℃、暗所で、更に2週間静置培養し、このとき生育した細胞を、形質転換タバコ培養細胞NtCDR1−BY2及びNtCDR2−BY2として選抜した。なお、ここで形質転換タバコ培養細胞NtCDR1−BY2は、A.チュメファシエンスEHA105(CDR1)を感染させたタバコ培養細胞を培養して選抜された系統であり、NtCDR2−BY2は、A.チュメファシエンスEHA105(CDR2)を感染させたタバコ培養細胞を培養して選抜された系統である。
[Example 2]
I. Preparation of transformed tobacco cultured cells into which active oxygen stress resistance gene has been introduced 3 days after planting in LS medium (Nagata Y., Meth. Enzymol., 148: 34-39, 1987) at 25 ° C. and 130 rpm Transformation of A. cigarette Nicotiana tabacum L cv. BY-2 cultured cells 4 ml cultured overnight at 30 ° C By adding 100 μl of Tumefaciens EHA105 (CDR1) or EHA105 (CDR2), and statically culturing at 25 ° C. for 48 hours in the dark, these A.P. Tumefaciens was infected, and then centrifuged at 800 rpm for 1 minute to collect the tobacco cultured cells after infection. The collected tobacco cultured cells were added with 5 ml of LS medium, centrifuged well, centrifuged, and the supernatant was discarded. After repeating the washing operation 5 times, LS medium corresponding to 10 times the amount of cells was added and suspended. After turbidity, 1 ml of the aliquot was separated and spread evenly on a solid medium in which carbenicillin 500 mg / l, kanamycin 100 mg / l and 0.8 W / V% agar were added to LS medium. And static culture. After culturing for 2 weeks, the resulting colonies were further cultivated in a medium having the same composition at 25 ° C. in the dark for another 2 weeks, and the cells grown at this time were transformed with transformed tobacco cultured cells NtCDR1-BY2 and NtCDR2-. Selected as BY2. Here, the transformed tobacco cultured cell NtCDR1-BY2 is an A.I. NtCDR2-BY2 is a strain selected by culturing tobacco cultured cells infected with Tumefaciens EHA105 (CDR1). It is a strain selected by culturing tobacco cultured cells infected with Tumefaciens EHA105 (CDR2).

II.形質転換タバコ培養細胞の解析
Iにて選抜した2系統の形質転換タバコ培養細胞NtCDR1−BY2及びNtCDR2−BY2について、以下の解析を行った。
II. Analysis of Transformed Tobacco Cultured Cells The following analyzes were performed on the two transformed tobacco cultured cells NtCDR1-BY2 and NtCDR2-BY2 selected in I.

A.PCR分析
上記2系統の形質転換タバコ培養細胞より、CTAB法を用いて染色体DNAを抽出し、このDNAを鋳型として、CDR1遺伝子又はCDR2遺伝子の所定位置に結合するよう設計された、各一組のオリゴヌクレオチドプライマーを用いてPCR分析を行い、形質転換タバコ培養細胞NtCDR1−BY2の染色体DNAにはCDR1遺伝子が、形質転換タバコ培養細胞NtCDR2−BY2の染色体DNAにはCDR2遺伝子が、それぞれ存在していることを確認した。
A. PCR analysis Chromosomal DNA was extracted from the above-mentioned two lines of transformed tobacco cultured cells using the CTAB method, and a set of each set designed to bind to a predetermined position of the CDR1 gene or CDR2 gene using this DNA as a template. PCR analysis was performed using oligonucleotide primers, and the CDR1 gene was present in the chromosomal DNA of the transformed tobacco cultured cell NtCDR1-BY2, and the CDR2 gene was present in the chromosomal DNA of the transformed tobacco cultured cell NtCDR2-BY2. It was confirmed.

B.重金属塩耐性の調査
上記2系統の形質転換タバコ培養細胞を、塩化カドミウム50μM又は100μMを含むLS固形培地(0.8W/V%寒天)に置床し、25℃、暗所で3週間静置培養後、その新鮮重を測定し、塩化カドミウム無添加で同様に培養した場合の新鮮重を100として、その成長性を比較した。
B. Investigation of heavy metal salt tolerance The above two lines of transformed tobacco cultured cells were placed on LS solid medium (0.8 W / V% agar) containing 50 μM or 100 μM cadmium chloride, and left to stand for 3 weeks at 25 ° C. in the dark. Thereafter, the fresh weight was measured, and the growth was compared with the fresh weight as 100 when cultured in the same manner without adding cadmium chloride.

結果を表3に示す。なお、表3中、MC7−BY2は、β‐グルクロニダーゼ遺伝子のプロモーターとして、35Sプロモーターの代わりにMC7プロモーター(Shirasawa-Seo N.et al.、Plant Cell Rep.、24:155、2005)が連結されている他は、pBI121と同様の構造を有する植物細胞用プラスミドが導入された、形質転換A.チュメファシエンスEHA105(MC-7)を用いて、また、YAP1−BY2は、CDR1遺伝子又はCDR2遺伝子の代わりに、酵母より分離されたYAP1構造遺伝子が35Sプロモーターの下流に連結されている他は、やはり、pBI121と同様の構造を有する植物細胞用プラスミドが導入された、形質転換A.チュメファシエンスEHA105(YAP-1)を用いて、いずれも、上記形質転換タバコ培養細胞NtCDR1−BY2及びNtCDR2−BY2の場合と同様にして、タバコ培養細胞を感染し、得られた形質転換タバコ培養細胞である。   The results are shown in Table 3. In Table 3, MC7-BY2 is linked to the MC7 promoter (Shirasawa-Seo N. et al., Plant Cell Rep., 24: 155, 2005) instead of the 35S promoter as the promoter of the β-glucuronidase gene. Except that a plasmid for plant cells having a structure similar to that of pBI121 was introduced. Tumefaciens EHA105 (MC-7) is used, and YAP1-BY2 is different from the CDR1 gene or the CDR2 gene except that the YAP1 structural gene isolated from yeast is linked downstream of the 35S promoter. Again, a transformation A. strain into which a plant cell plasmid having the same structure as pBI121 was introduced. Using Tumefaciens EHA105 (YAP-1), both of the above-described transformed tobacco cultured cells NtCDR1-BY2 and NtCDR2-BY2 were infected with tobacco cultured cells, and the resulting transformed tobacco It is a cultured cell.

Figure 2007215513
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表3より明らかなように、形質転換タバコ培養細胞NtCDR1−BY2及びNtCDR2−BY2は、活性酸素ストレス耐性遺伝子が導入されていない形質転換タバコ培養細胞MC7−BY2と比べ、いずれも、塩化カドミウムを含む培地で培養した場合の生育阻害が少なく、実施例1と同様に、これらの形質転換体も、その染色体DNA中に導入した活性酸素ストレス耐性遺伝子CDR1又はCDR2の働きにより、重金属塩耐性を獲得していることが実証された。しかも、NtCDR2−BY2は、塩化カドミウム50μMを含む培地で培養した場合に、活性酸素除去系において中心的な役割を果たすYAP1遺伝子が導入された、形質転換タバコ培養細胞YAP1−BY2に匹敵する重金属塩耐性を示していた。   As apparent from Table 3, the transformed tobacco cultured cells NtCDR1-BY2 and NtCDR2-BY2 both contain cadmium chloride as compared to the transformed tobacco cultured cell MC7-BY2 into which no active oxygen stress resistance gene has been introduced. There is little growth inhibition when cultured in a medium, and as in Example 1, these transformants also acquired heavy metal salt resistance by the action of the active oxygen stress resistance gene CDR1 or CDR2 introduced into the chromosomal DNA. It was proved that. Moreover, NtCDR2-BY2 is a heavy metal salt comparable to the transformed tobacco cultured cell YAP1-BY2 into which the YAP1 gene that plays a central role in the active oxygen removal system is introduced when cultured in a medium containing 50 μM cadmium chloride. Showed tolerance.

Claims (8)

配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするDNA。 DNA encoding a protein having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4. 配列番号2又は配列番号4に示すアミノ酸配列に対し、少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換、及び/もしくは、付加されているアミノ酸配列を有するタンパク質をコードし、かつ、宿主細胞の染色体DNAに導入された場合に、該宿主細胞に過酸化水素耐性を付与するDNA。 It encodes a protein having an amino acid sequence in which at least one amino acid is deleted, substituted, and / or added to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4, and is contained in the chromosomal DNA of the host cell. DNA that imparts hydrogen peroxide resistance to the host cell when introduced. 配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列を有するDNA。 DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. 配列番号1又は配列番号3に示す塩基配列とストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、宿主細胞の染色体DNAに導入された場合に、該宿主細胞に過酸化水素耐性を付与するDNA。 A DNA that hybridizes with the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 under stringent conditions and imparts hydrogen peroxide resistance to the host cell when introduced into the chromosomal DNA of the host cell. 請求項1〜4に記載のDNAを有する、遺伝子導入用ベクター。 A vector for gene transfer comprising the DNA according to claim 1. 請求項1〜4に記載のDNAが、その染色体DNA中に導入された形質転換細胞。 A transformed cell in which the DNA according to claim 1 is introduced into the chromosomal DNA. 請求項6に記載の形質転換細胞が増殖及び分化することにより得られる形質転換植物個体。 A transformed plant individual obtained by growing and differentiating the transformed cell according to claim 6. 請求項1〜4に記載のDNAによりコードされるタンパク質。 A protein encoded by the DNA according to claim 1.
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